東莞市中誼精密儀器有限公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、定制、銷售于一體的高新科技生產(chǎn)企業(yè);主要生產(chǎn)可靠性環(huán)境試驗(yàn)箱、包裝類檢測(cè)設(shè)備、材料檢測(cè)設(shè)備。在當(dāng)今復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境和科技發(fā)展進(jìn)程中，產(chǎn)品面臨的環(huán)境條件日益多樣化。冷熱沖擊試驗(yàn)箱作為一種專業(yè)的環(huán)境模擬設(shè)備，對(duì)于評(píng)估產(chǎn)品在溫度急劇變化環(huán)境下的性能和可靠性具有至關(guān)重要的作用。本文將詳細(xì)闡述冷熱沖擊試驗(yàn)箱的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，包括其的工作原理、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成、關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
冷熱沖擊試驗(yàn)箱的工作原理基于對(duì)溫度快速變化的精確控制，以在試驗(yàn)樣品上施加強(qiáng)烈的熱應(yīng)力。其核心機(jī)制是通過(guò)構(gòu)建兩個(gè)或多個(gè)具有顯著溫度差異的區(qū)域，常見(jiàn)的是高溫區(qū)和低溫區(qū)。試驗(yàn)過(guò)程中，借助特定的機(jī)械傳動(dòng)裝置，使樣品能夠在極短時(shí)間內(nèi)從高溫環(huán)境迅速轉(zhuǎn)移至低溫環(huán)境，反之亦然。
這種快速的溫度轉(zhuǎn)換會(huì)引發(fā)樣品內(nèi)部產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，這一過(guò)程能夠有效暴露產(chǎn)品在材料兼容性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制造工藝方面可能存在的潛在問(wèn)題。例如，在電子設(shè)備中，焊點(diǎn)可能因不同材料在溫度沖擊下的膨脹差異而出現(xiàn)開(kāi)裂，從而影響電氣連接的穩(wěn)定性；對(duì)于機(jī)械部件，反復(fù)的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致零件的松動(dòng)或變形。
外殼：一般采用優(yōu)質(zhì)的冷軋鋼板，經(jīng)過(guò)先進(jìn)的表面處理工藝，如靜電噴塑，使其具備良好的防銹、防腐能力，同時(shí)保證箱體的機(jī)械強(qiáng)度，有效抵御外界環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)部的影響。
內(nèi)箱：多選用 SUS304 不銹鋼材質(zhì)，這種材質(zhì)具有優(yōu)異的耐高溫、耐低溫和耐腐蝕性能。內(nèi)箱的設(shè)計(jì)通常注重光滑度，以減少空氣流動(dòng)阻力，確保溫度分布的均勻性，并便于清潔和維護(hù)。
保溫材料：采用高性能的保溫隔熱材料，如硬質(zhì)聚氨酯泡沫和玻璃纖維棉的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種組合能夠有效減少熱量的傳遞，降低試驗(yàn)箱在運(yùn)行過(guò)程中的能耗，同時(shí)保證箱內(nèi)溫度的穩(wěn)定，防止熱量散失或外部熱量干擾試驗(yàn)環(huán)境。
加熱子系統(tǒng)：位于高溫區(qū)，主要由加熱元件（如鎳鉻合金加熱絲或加熱管）構(gòu)成。這些加熱元件具有高功率密度和快速升溫的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)將高溫區(qū)的溫度提升至設(shè)定值。同時(shí)，配備高精度的溫度傳感器（如 Pt100 鉑電阻溫度傳感器）和先進(jìn)的溫度控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱過(guò)程的精確控制，確保溫度波動(dòng)在極小范圍內(nèi)。
制冷子系統(tǒng)：是實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境的關(guān)鍵部分，通常采用復(fù)疊式制冷技術(shù)。該系統(tǒng)由多個(gè)壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置組成，通過(guò)多級(jí)制冷循環(huán)，利用不同制冷劑（如 R404A 和 R23）的特性，實(shí)現(xiàn)低溫區(qū)的深度制冷。制冷子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)于滿足低溫需求、提高溫度轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。
轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)：常見(jiàn)的有吊籃式和軌道平移式兩種。吊籃式轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)通過(guò)電動(dòng)或氣動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)吊籃在垂直方向上快速移動(dòng)，使樣品在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間切換。軌道平移式則是沿著水平軌道將樣品架從一個(gè)溫度區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)溫度區(qū)域。這些轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)都具備高精度的定位和快速響應(yīng)能力，以保證樣品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)溫度區(qū)。
驅(qū)動(dòng)與控制元件：采用高性能的電機(jī)、氣缸或其他驅(qū)動(dòng)元件，結(jié)合先進(jìn)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品轉(zhuǎn)移速度、位置和動(dòng)作順序的精確控制?？刂葡到y(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的試驗(yàn)程序，協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)元件的工作，確保每次溫度沖擊的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。
控制器：基于先進(jìn)的可編程邏輯控制器（PLC）或工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC），具備強(qiáng)大的運(yùn)算和控制能力。通過(guò)用戶友好的人機(jī)界面（HMI），操作人員可以方便地設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，如溫度設(shè)定值、沖擊時(shí)間、循環(huán)次數(shù)、溫度變化速率等。
傳感器網(wǎng)絡(luò)：除了在高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度傳感器外，還包括位置傳感器、狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器等。這些傳感器實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)箱各個(gè)部分的信息，并將數(shù)據(jù)反饋給控制器?？刂破鞲鶕?jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)，對(duì)加熱、制冷、樣品轉(zhuǎn)移等系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證試驗(yàn)過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。
安全保護(hù)模塊：具備多種安全保護(hù)功能，如過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、漏電保護(hù)、壓縮機(jī)高低壓保護(hù)、風(fēng)機(jī)過(guò)載保護(hù)等。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，安全保護(hù)模塊能夠迅速切斷電源或采取其他保護(hù)措施，防止設(shè)備損壞和人員傷亡。
冷熱沖擊試驗(yàn)箱的溫度范圍是衡量其性能的重要指標(biāo)之一。高溫區(qū)溫度可高達(dá) 150℃ - 200℃，低溫區(qū)溫度可低至 - 70℃甚至更低，具體范圍根據(jù)不同的型號(hào)和應(yīng)用需求而定。廣泛的溫度區(qū)間能夠滿足各種行業(yè)產(chǎn)品的測(cè)試要求，從一般的電子電器產(chǎn)品到對(duì)溫度要求苛刻的航空航天部件。
這是體現(xiàn)冷熱沖擊試驗(yàn)箱性能優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)。一般而言，優(yōu)質(zhì)的試驗(yàn)箱能夠在 3 - 10 分鐘內(nèi)完成從高溫到低溫或從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換，快速的轉(zhuǎn)換時(shí)間能夠更真實(shí)地模擬產(chǎn)品在實(shí)際使用中可能遇到的多樣化溫度變化場(chǎng)景，如電子產(chǎn)品在寒冷戶外環(huán)境突然進(jìn)入溫暖室內(nèi)環(huán)境的情況。
溫度波動(dòng)度通常要求控制在 ±0.5℃以內(nèi)，溫度均勻度在 ±2℃以內(nèi)。高精度的溫度控制確保試驗(yàn)箱內(nèi)各個(gè)位置的樣品都能經(jīng)歷相似的溫度沖擊條件，從而保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。這對(duì)于評(píng)估產(chǎn)品在溫度變化下的一致性性能至關(guān)重要。
試驗(yàn)箱應(yīng)具備靈活的沖擊次數(shù)和循環(huán)次數(shù)設(shè)定功能，能夠滿足不同標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)要求。沖擊次數(shù)可以從數(shù)次到數(shù)千次不等，循環(huán)次數(shù)也可根據(jù)用戶需求進(jìn)行自由設(shè)定，以模擬產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)可能遭遇的溫度變化次數(shù)。
在電子元器件、集成電路、通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件等領(lǐng)域，冷熱沖擊試驗(yàn)箱廣泛用于檢測(cè)產(chǎn)品在溫度急劇變化環(huán)境下的性能穩(wěn)定性。例如，智能手機(jī)在不同氣候條件下的使用，從寒冷的戶外到溫暖的室內(nèi)，溫度沖擊可能影響其顯示屏、電池、芯片等部件的性能。通過(guò)冷熱沖擊試驗(yàn)，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的質(zhì)量問(wèn)題，提高產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。
汽車零部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、汽車電子系統(tǒng)等，在汽車運(yùn)行過(guò)程中會(huì)面臨復(fù)雜的溫度變化。冷熱沖擊試驗(yàn)有助于評(píng)估這些零部件在不同季節(jié)、不同行駛條件下的性能。例如，在寒冷的冬季啟動(dòng)汽車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊需要在短時(shí)間內(nèi)從低溫環(huán)境切換到高溫工作狀態(tài)，通過(guò)試驗(yàn)可以確保其在這種溫度沖擊下的正常運(yùn)行，避免因溫度變化導(dǎo)致的故障，保障汽車行駛的安全性和舒適性。
航空航天設(shè)備對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求嚴(yán)苛。冷熱沖擊試驗(yàn)對(duì)于衛(wèi)星、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、航空電子設(shè)備等的研發(fā)和質(zhì)量控制至關(guān)重要。在太空環(huán)境中，航天器的部件會(huì)經(jīng)歷多樣化的溫度變化，從太陽(yáng)直射下的高溫到?jīng)]有陽(yáng)光照射時(shí)的極低溫度。冷熱沖擊試驗(yàn)箱能夠模擬這種惡劣的溫度環(huán)境，確保航空航天設(shè)備在復(fù)雜的太空任務(wù)或高空飛行中的可靠性，為航空航天事業(yè)的發(fā)展提供有力保障。
在新材料的研發(fā)和性能評(píng)估過(guò)程中，冷熱沖擊試驗(yàn)箱是剛需的工具。研究人員可以利用它研究材料在溫度沖擊下的物理和化學(xué)性質(zhì)變化，如材料的熱膨脹系數(shù)、彈性模量、硬度、電學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性等。通過(guò)對(duì)不同材料在冷熱沖擊下的表現(xiàn)分析，為新材料的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和應(yīng)用提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展。
冷熱沖擊試驗(yàn)箱作為一種高度專業(yè)化的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，以其的工作原理、復(fù)雜而精密的結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)和科技發(fā)展中占據(jù)著重要地位。它為各個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量提升、可靠性評(píng)估和創(chuàng)新研發(fā)提供了關(guān)鍵的技術(shù)手段，隨著科技的不斷進(jìn)步，其性能和功能將持續(xù)優(yōu)化，進(jìn)一步滿足日益增長(zhǎng)的產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試需求。
中級(jí)會(huì)員·1年
